0 引言

       一般情況下粉末涂層呈絕緣特性（電阻一般>1012Ω），但在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，如礦井管道的涂裝，要求涂層具有優(yōu)異的導(dǎo)電性，通常要求其表面電阻≤ 106Ω。

       以銀、銅、鎳等為填料的金屬系導(dǎo)電涂料，具有導(dǎo)電性高、屏蔽性能好等優(yōu)點(diǎn)，但其存在填充量大、抗氧化性差、成本高等缺點(diǎn)。與之相比，炭系導(dǎo)電填料具有導(dǎo)電性能好、性能穩(wěn)定、來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，炭系導(dǎo)電涂料以其優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、防腐等性能，廣泛用于國(guó)防、電子、石油化工等行業(yè)。但炭系導(dǎo)電涂料存在導(dǎo)電炭黑填充量大、分散不均、吸油量大、只能配制黑色涂層等問(wèn)題。有機(jī)導(dǎo)電劑既能克服金屬系導(dǎo)電填料的缺點(diǎn)，又能克服炭系導(dǎo)電填料的缺點(diǎn)，近年來(lái)開始受到廣泛關(guān)注。本研究利用導(dǎo)電炭黑、有機(jī)導(dǎo)電劑為導(dǎo)電成分，以純環(huán)氧、環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯為基料樹脂，制備多種體系的導(dǎo)電粉末涂料。研究導(dǎo)電炭黑、有機(jī)導(dǎo)電劑等對(duì)涂層表面電阻等性能的影響，為導(dǎo)電粉末涂料的推廣應(yīng)用積累基礎(chǔ)。

 

       1 試驗(yàn)部分

       1.1 原材料

       環(huán)氧樹脂，國(guó)都化學(xué)；環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯樹脂，安徽神劍；環(huán)氧固化劑，南海化學(xué)；TGIC（異氰脲酸三縮水甘油酯），黃山華惠；導(dǎo)電炭黑，卡博特；有機(jī)導(dǎo)電劑，自制；流平劑，Estron ；硫酸鋇，矽比科。

       1.2 導(dǎo)電涂料的制備

       稱取樹脂及固化劑600 g、填料350 g、有機(jī)導(dǎo)電劑及其它助劑，在高速混合機(jī)中混合5 min，混合后的物料經(jīng)過(guò)35 平行雙螺桿擠出機(jī)擠出，壓輥壓片，破碎，磨粉，120 目過(guò)篩。

       1.3 性能測(cè)試

       通過(guò)靜電噴涂方式將制得的導(dǎo)電粉末涂料噴涂在鋼板或鋼管上，并在200℃烘箱中烘烤10 min，從烘箱中取出樣板進(jìn)行以下性能測(cè)試。

       電阻：采用電阻計(jì)，按照MT 181—1988《煤礦井下用塑料安全性能檢驗(yàn)規(guī)范》進(jìn)行檢測(cè)。

       水煮附著力：采用高溫水箱，按照CJ/T 120—2008《給水涂塑復(fù)合鋼管》進(jìn)行檢測(cè)。

       耐沖擊性：采用沖擊儀，按照HG/T 2006—2006《熱固性粉末涂料》進(jìn)行檢測(cè)。

 

       2 結(jié)果與討論

       2.1 基料樹脂對(duì)涂層導(dǎo)電性的影響

       研究純環(huán)氧、環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯基料樹脂中不同炭黑用量對(duì)涂層表面電阻的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。

       由圖1 可見(jiàn)：純環(huán)氧體系中，當(dāng)導(dǎo)電炭黑用量<3%時(shí)，隨其用量的增加，電阻迅速下降；而當(dāng)導(dǎo)電炭黑用量>3% 時(shí)，涂層電阻變化趨緩。環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯體系中也呈現(xiàn)出相似的趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谔亢谔畛涞耐繉又�，只有�?dāng)導(dǎo)電粒子填充量達(dá)到某一特定值（絕緣性聚合物的堆積密度小到一定值）時(shí)，電流才能通過(guò)，涂層才具有導(dǎo)電性，此特定值稱為滲流臨界值。在導(dǎo)電填料體積分?jǐn)?shù)小于滲流臨界值時(shí)，載流子流通的通道完全被絕緣性聚合物所阻斷，此時(shí)，涂層的電阻基本上是絕緣性聚合物的電阻；當(dāng)導(dǎo)電填料的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到滲流臨界值時(shí)，導(dǎo)電粒子相互接觸而導(dǎo)通。這種導(dǎo)電機(jī)理稱為滲流作用，即導(dǎo)電粒子相互接觸而產(chǎn)生的導(dǎo)電作用。在純環(huán)氧體系中，當(dāng)導(dǎo)電炭黑用量<3% 時(shí)，導(dǎo)電炭黑所占體積分?jǐn)?shù)較小，載流子流通的通道被絕緣性的環(huán)氧樹脂阻斷，電阻很大；當(dāng)導(dǎo)電炭黑用量≥ 3% 時(shí)，導(dǎo)電炭黑相互接觸，載流子流通的通道連通，電阻迅速下降。所以，純環(huán)氧體系的滲流臨界值為3%。

       環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯體系的滲流臨界值約為1.5%，為純環(huán)氧體系的一半。這是因?yàn)閷?dǎo)電涂料成膜后，導(dǎo)電粒子或粒子團(tuán)之間必定包裹有聚合物，當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)電粒子之間聚合物薄層（非導(dǎo)電層）<10 nm 時(shí)，在電場(chǎng)作用下，電子就能越過(guò)很低的勢(shì)壘而流動(dòng)，這種導(dǎo)電機(jī)理稱為隧道效應(yīng)。環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯涂層中含有大量極性非常強(qiáng)的酯鍵，降低了聚合物薄層的勢(shì)壘，便于電子通過(guò)。從另一方面講，這也降低了炭黑的滲流臨界值。因此，環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯體系的導(dǎo)電是滲流作用和隧道效應(yīng)綜合作用的結(jié)果。

       2.2 導(dǎo)電炭黑對(duì)涂層性能的影響

       1#、2#、3# 三種導(dǎo)電炭黑的特性見(jiàn)表1。

       由表2 可見(jiàn)：導(dǎo)電炭黑的性能對(duì)涂層的外觀、導(dǎo)電性、機(jī)械性能影響很大。炭黑的吸油值越大，涂層的流平性和機(jī)械性能越差。導(dǎo)電炭黑的生產(chǎn)方法不同，其導(dǎo)電性也不同。1#、2# 導(dǎo)電炭黑制得涂層的導(dǎo)電性、機(jī)械性能和外觀均較好，但2# 導(dǎo)電炭黑的成本更低，涂層的外觀和水煮附著力均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，因此，選擇2# 導(dǎo)電炭黑較為理想。

       2.3 有機(jī)導(dǎo)電劑在粉末涂料中的應(yīng)用

       導(dǎo)電炭黑吸油量大，影響涂層的機(jī)械性能和附著力；炭黑填充量大，難以擠出，且分散不均勻；另外，導(dǎo)電炭黑只能制備黑色涂料，顏色單一，難以滿足裝飾性要求。

       研制了一種新型有機(jī)導(dǎo)電劑，它可以在一定程度上解決導(dǎo)電炭黑存在的問(wèn)題。不同導(dǎo)電填料組合對(duì)涂層性能的影響見(jiàn)表3。

       由表3 可見(jiàn)：由于有機(jī)導(dǎo)電劑中含有特定的極性基團(tuán)，便于載流子流動(dòng)，具有良好的導(dǎo)電性；有機(jī)導(dǎo)電劑和導(dǎo)電炭黑具有協(xié)同效應(yīng)，可有效降低涂層的電阻；采用有機(jī)導(dǎo)電劑可制得淺色涂層，使得涂層具有更好的裝飾性。

       2.4 有機(jī)導(dǎo)電劑在紋理型粉末涂料中的應(yīng)用

       為了使得涂層具有更好的裝飾性，粉末涂料通常有砂紋、錘紋、平面等外觀，表4 中列出了有機(jī)導(dǎo)電劑在各種紋理型粉末涂料中的應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果。

       由表4 可見(jiàn)：有機(jī)導(dǎo)電劑可用于平面、砂紋、錘紋3 種常見(jiàn)紋理型粉末涂料中，并且涂層的電阻變化不大。

 

       3 結(jié)語(yǔ)

       （1） 環(huán)氧/ 聚酯、純聚酯體系比純環(huán)氧體系具有更好的導(dǎo)電性，且導(dǎo)電炭黑用量少；

       （2） 導(dǎo)電炭黑對(duì)涂層的機(jī)械性能和導(dǎo)電性影響很大，2# 導(dǎo)電炭黑制備的涂層具有更好的導(dǎo)電性能和機(jī)械性能；

       （3） 有機(jī)導(dǎo)電劑用于粉末涂料中具有良好的導(dǎo)電性，它與導(dǎo)電炭黑具有協(xié)同作用；

       （4）有機(jī)導(dǎo)電劑可用于制備平面、砂紋、錘紋等常見(jiàn)的紋理型粉末涂料，所得的涂層具有良好的導(dǎo)電性。